КОНСПЕКТ ПО ФИЗИКА
за студентите от ХТФ
Механика
Механика на материална точка
-
Механично движение: дефиниция, основни понятия. Величини, които характеризират механичното движение: интервал време, изминат път, преместване, скорост, ускорение. Видове движения.
-
Движение по окръжност и величини, които го характеризират: период, честота, ъгъл на завъртане, ъглова и линейна скорост, ъглово и линейно ускорение. Равномерно движение по окръжност.
-
Първи принцип на динамиката. Сила. Маса. Втори принцип на динамиката. Трети принцип на динамиката. Видове механични сили: сила на тежестта, на нормален натиск, на реакция на опората, на сухо триене при хлъзгане и търкаляне, на опън, еластична и центростремителна сила.
-
Импулс на тяло и импулс на сила. Втори принцип на динамиката, написан с импулс. Момент на импулс и момент на сила спрямо точка и ос. Връзка между тях. Двойка сили.
-
Инерциални отправни системи. Трансформация на координатите и времето, на скоростта, ускорението и силата. Принцип на относителност на Галилей. Система от материални точки: дефиниция, видове. Център на масите, импулс, момент на импулса и момент на силите на система.
-
Механична работа: елементарна, обща работа, графично представя-не. Мощност: средна и моментна.
-
Работа за изменение скоростта на тяло. Кинетична енергия: на едно тяло, на система от тела. Теорема за изменението на кинетичната енергия.
-
Работа на силата на тежестта и на еластичната сила. Консервативни и неконсервативни сили. Потенциална енергия на тяло и система от тела във външно потенциално поле. Потенциална енергия на взаимодействието. Теорема за изменението на потенциалната енергия.
-
Пълна механична енергия. Закон за изменение и закон за запазване на механичната енергия.
-
Закон за запазване на импулса и закон за запазване момента на импулса. Реактивна сила, принцип на реактивното движение.
-
Движение в неинерциални системи: закон за трансформация на координатите, скоростта и ускорението. Теорема на Кориолис. Инерчни сили, втори принцип на динамиката в неинерциални системи. Пример за неинерциална система, движеща се транслационно.
Механика на идеално твърдо тяло
-
Кинематика на идеално твърдо тяло. Видове движения на идеално твърдо тяло. Теорема за разлагане на движението. Пример.
-
Динамика на идеално твърдо тяло: основни закони. Събиране на сили и резултантна сила. Условия за равновесие на идеално твърдо тяло.
-
Въртене на идеално твърдо тяло около постоянна ос: основно уравнение, инерчен момент на тялото спрямо оста, пример, свободни оси на въртене, понятие за тензора на инерчните моменти, кинетична енергия и работа при въртене. Аналогия с механиката на материална точка.
-
Деформируемо твърдо тяло – видове деформации: еластична, плас-тична. Еластична деформация на опън (свиване). Закон на Хук, модул на Юнг и Поасон. Обемно свиване. Еластична деформация при хлъзгане – модул на деформацията. Връзка между еластичните модули. Други видове еластични деформации.
-
Пластични деформации – връзка между напрежението и относител-ната деформация. Зависимост на деформацията от вида на веществото, температурата и времето за действие. Механичен хистерезис.
Механика на флуидите
-
Флуидостатика: основни понятия: натиск, налягане, плътност, сви-ваемост. Закон на Паскал. Хидравлична преса. Хидростатично налягане. Скачени съдове. Атмосферно налягане. Закон на Архимед. Плаваемост на телата.
-
Кинематика на флуиди. Описание на движението – методи на Лагранж и Ойлер. Видове движения на флуиди: стационарно и нестацио-нарно, ламинарно и турбулентно. Число на Рейнолдс. Поле на скоростите, токова линия и токова тръба. Масов и обемен поток. Уравнение на непре-къснатост.
-
Динамика на идеален несвиваем флуид. Потенциално движение: основно уравнение, потенциал на скоростта, уравнение на Лаплас. Цирку-лация на скоростта.
-
Уравнение на Бернули. Следствия: тръба на Вентури, всмукващо действие на флуида, водоструйна помпа, пулверизатор, тръба на Пито, изтичане на течност през тесен отвор в съд (формула на Торичели). Закон за запазване на енергията, импулса и момента на импулса при течности. Хидравличен удар, водни турбини. Реактивна сила. Сегнерово водно колело.
-
Динамика на реален несвиваем флуид. Сили на вътрешно триене. Движение на реален флуид – закон на Нютон. Ламинарно движение на реален флуид по тръба – закони на Поазьой. Вихрово движение: видове, свойства.
-
Движение (обтичане) на тяло във флуид. Челно съпротивление и подемна сила. Движение в идеален флуид – парадокс на Ойлер-Даламбер. Движение в реален флуид. Видове челно съпротивление: поради триене при малки скорости (закон на Стокс), поради вихрово съпротивление, поради ударна вълна. Подемна сила: ъгъл на атака, ефект на Магнус, циркулация на флуида около тялото.
Механични трептения и вълни
-
Механични трептения. Хармонично трептение на материална точка: кинематика и динамика. Собствени трептения на механична система. При-мери: пружинно и математическо махало.
-
Събиране на хармонични трептения: с еднакви честоти и направле-ния, с близки честоти и еднакви направления – биене, с еднакви честоти и перпендикулярни направления, с различни честоти и перпендикулярни на-правления – фигури на Лисажу. Теорема на Фурие.
-
Затихващи хармонични трептения: дефиниция, видове, диферен-циално уравнение и неговото решение. Амплитуда, период, честота, време на релаксация, логаритмичен декремент на затихване и фактор на добро-качественост на затихващото периодично трептение. Апериодични трепте-ния.
-
Принудени хармонични трептения: дефиниция, диференциално уравнение и неговото решение, амплитуда и фаза на принудените треп-тения и зависимостта им от честотата. Резонанс.
-
Механични вълни: дефиниция, напречна и надлъжна вълна, основни величини, честота, скорост и дължина на вълната. Видове вълни според формата на вълновите повърхности.
-
Уравнение на хармонична вълна: плоска, сферична. Диференциално вълново уравнение. Фазова и групова скорост. Дисперсия. Повърхнинни водни вълни.
-
Енергетични характеристики на вълната: пренесена енергия, плът-ност на енергията, поток на енергията, плътност на потока енергия, интен-зитет на вълната. Класически ефект на Доплер.
-
Събиране на трептенията – принцип на суперпозицията, пример. Интерференция на вълни и условия за нея, пример, условия за максимална и минимална амплитуда при интерференция. Стояща вълна: получаване, условия за върхове и възли.
-
Принцип на Хюйгенс. Дифракция на вълни през отвори и покрай прегради. Отражение и пречупване на вълни.
Молекулна физика и термодинамика
-
Основи на молекулната физика: принципи на молекулно-кинетич-ната теория. Атоми и молекули – основни величини. Топлинно движение на молекулите. Междумолекулни сили. Строеж на газове, течности и твър-ди тела. Основно уравнение на молекулно-кинетичната теория за наляга-нето на идеалния газ.
-
Разпределение на Болцман за молекулите във външно потенциално поле. Барометрична формула.
-
Разпределение на Максуел за молекулите по скорости и по кинетич-на енергия. Най-вероятна, средна и средноквадратична скорост. Разпреде-ление на Максуел-Болцман.
-
Междумолекулни сблъсквания. Ефективно сечение. Дължина на сре-ден свободен пробег.
-
Свойства на повърхностиня слой на течностите. Кохезионно наляга-не и повърхностно напрежение. Мокрене и немокрене. Допълнително наля-гане под изкривена повърхност на течност – формула на Лаплас. Капиляр-ни явления.
-
Термодинамика. Основни понятия: термодинамична система, термо-динамични параметри, термодинамично състояние: равновесно и неравно-весно, уравнение на състоянието, видове термодинамични процеси: равно-весен и неравновесен, обратим и необратим, цикличен, изопроцес. Темпе-ратура и видове температурни скали. Уравнение за състоянието на идеал-ния газ.
-
Вътрешна енергия. Работа в термодинамиката. Топлообмен. Първи принцип на термодинамиката. Закон за запазване на енергията Топлинни двигатели.
-
Приложение на първия принцип на термодинамиката при изопро-цеси с идеален газ. Моларни топлоемности. Уравнение на Майер и уравне-ние на Поасон.
-
Явления на пренос: Топлопроводност, дифузия и вътрешно триене: уравнения и коефициенти.
-
Реални газове. Уравнение на Ван дер Ваалс. Изотерми. Критична температура. Метастабилни състояния.
-
Фаза и фазови преходи. Изпарение и втечняване, равновесие между пара и течност. Наситени пари. Топене и кристализация. Уравнение на Клапейрон-Клаузиус. Диаграма на фазовите преходи. Тройна точка.
Електричество и магнетизъм
-
Електростатика. Електричен заряд, основни величини. Закон за запазване на заряда. Закон на Кулон. Принцип на суперпозицията.
-
Електростатично поле: дефиниция. Интензитет на полето, интензи-тет на полето на точков и произволен заряд. Сила, действаща на заряд в електростатично поле. Електрически силови линии: дефиниция, свойства, примери. Поток на интензитета на полето.
-
Работа на електростатичната сила. Потенциална енергия на точков заряд в полето. Потенциал на електростатичното поле: дефиниция, потен-циал на полето на точков и произволен заряд, работа на електростатич-ната сила при движение на заряд в полето, напрежение. Еквипотенциални повърхнини: дефиниция, свойства, примери. Връзка между интензитета и потенциала на полето.
-
Теорема на Гаус в интегрална и диференциална форма. Приложения. Теорема за циркулацията на интензитета на полето.
-
Електростатични свойства на веществото: видове заряди и вещес-тва. Диелектрик в електростатично поле: електрически дипол, полярни и неполярни молекули, поляризация на диелектрика, електрическа индук-ция. Теорема на Гаус за електрическата индукция.
-
Проводник в електростатично поле. Равновесно разпределение на за-рядите в проводника. Електрически капацитет. Кондензатори. Енергия на електростатичното поле.
-
Постоянен електрически ток: дефиниция, големина и посока на тока, електродвижещо напрежение, физически процеси във веригата на постоян-ния ток.
-
Закони на Ом в диференциална и интегрална форма. Работа и мощ-ност на постоянния ток. Закон на Джаул-Ленц.
-
Постоянни магнити, магнитно поле. Магнитно поле на постоянния ток, опит на Оерщед. Източник на магнитното поле. Магнитна индукция на полето. Магнитни линии: дефиниция, свойства, примери.
-
Закон на Био-Савар за магнитната индукция на полето, създавано от токов елемент и проводник с ток. Примери. Магнитно поле на движещ се заряд.
-
Закон на Ампер за магнитната сила, действаща на токов елемент и проводник с ток в постоянно магнитно поле. Токова рамка в магнитно поле. Магнитна сила, действаща на движещ се заряд в полето.
-
Магнитни свойства на веществото. Диа-, пара- и феромагнетизъм.
-
Магнитен поток. Основни закони за постоянното магнитно поле в диференциална и интегрална форма.
-
Електромагнитна индукция: опити на Фарадей, индуциран ток и електродвижещо напрежение. Закон на Фарадей и правило на Ленц. Обяснение на електромагнитната индукция.
-
Индуктивност на проводник и соленоид. Самоиндукция: дефиниция, големина и посока на самоиндуцирания ток и напрежение. Енергия на маг-нитното поле.
-
Ток на отместване. Електромагнитно поле. Уравнения на Максуел за електромагнитното поле. Електромагнитни вълни: плоска вълна.
Литература:
-
“Учебник по физика”, проф. д-р М. Надолийски, доц. д-р З. Пейков, УАСГ, София, 2011 г.
май, 2011 г. Изготвил:
София /доц. д-р З. Пейков/
Сподели с приятели: |